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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Transportieren einer leicht
polymerisierbaren Substanz, und insbesondere ein Verfahren zum Transportieren
einer leicht polymerisierbaren Substanz, wie Methacrylsäure, in
einer stabilen Weise über
eine längere
Zeit, indem eine Polymerisation wirkungsvoll verhindert wird, wie
im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben. Ein solches Verfahren
ist z. B. aus der
US-A-5
397 220 oder der
JP-A-6272688 bekannt.
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Auf
dem Gebiet von chemischen Industrien hat es eine starke Nachfrage
nach einem Transport einer leicht polymerisierbaren Substanz ohne
Polymerisation in Transportkanälen
gegeben. Viele Untersuchungen und Versuche sind vorgenommen worden,
um diese Nachfrage zu befriedigen. Einige vorgeschlagene Transportarten
und -verfahren konnten erfolgreich einige Probleme lösen. Jedoch
sind noch immer Probleme zu lösen
geblieben.
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Als
eines der zu lösenden
Probleme gibt es das Problem, dass eine Polymerisation in einer
Pumpe stattfindet, die der leicht polymerisierbaren Substanz Bewegungskraft
verleiht. Seit kurzem werden leckfreie Pumpen zum Transportieren
von leicht polymerisierbarer Substanz sowie von anderen Flüssigkeiten
verwendet, um ein Entweichen von Flüssigkeit, die für Menschen
schädlich,
explosionsgefährlich
oder entflammbar ist, oder eine vorsichtige Handhabung erforderlich
macht, sicher zu verhindern.
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Eine
gekapselte Motorpumpe vom Umwälz-Typ
ist eine solche leckfreie Pumpe, und ist mit einem Umwälzrohr zum
Umwälzen
eines Teils der gerade transportierten Flüssigkeit in einen Motorteil
versehen, um den Motor zu kühlen.
In konventionellen gekapselten Motorpumpen vom Umwälz-Typ ist
eine mit einem Rotor und einem Impeller montierte Hauptwelle entlang
von einer horizontalen Achse angeordnet, und ein Impeller der Pumpe
wird um die horizontale Achse gedreht. Umgewälzte Kühlflüssigkeit strömt in horizontaler
Richtung. Mit dieser Konstruktion ist es wahrscheinlich, dass die
Kühlflüssigkeit
in ausreichenden Kontakt mit einem unteren Teil von Lagern zum drehbaren
Abstützen
der Rotorwelle kommt, jedoch nicht in ausreichenden Kontakt mit einem
oberen Teil der Lager kommt. Folglich ist es dort, wo die gerade
transportierte Flüssigkeit
eine leicht polymerisierbare Substanz ist oder eine leicht klebende
Substanz enthält,
wahrscheinlich, dass auf dem oberen Teil der Lager aufgrund der
vom Motor erzeugten Wärme
eine Polymerisation stattfindet.
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Mit
dieser Konstruktion, wo sich die Hauptwelle in horizontaler Richtung
erstreckt, wird auch das Umwälzrohr
in horizontaler Richtung lang. Dementsprechend ist es wahrscheinlich,
dass aufgrund der kleinen Querschnittsfläche und der langen horizontalen
Länge des
Umwälzrohrs
eine Polymerisation im Umwälzrohr stattfindet.
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Eine
Polymerisation auf dem Lager oder einem in seiner Nähe befindlichen
Teil und im Umwälzrohr verursacht
ein Hindernis für
die Umwälzung
von Kühlflüssigkeit,
was zu einen unerwünschten
Anstieg der Temperatur des Motors führt, der eine weitere Polymerisation
verursacht.
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Um
diese Probleme zu überwinden,
schlägt
zum Beispiel die ungeprüfte
Japanische Patent-Veröffentlichung
Nr. 6-272688 vor, Lagerkontaktteile einer Rotorwelle eines
Motors durch Elektrolyse zu polieren, um einen reibungslosen Strom
von Kühlflüssigkeit
um die Lager herum sicherzustellen. Jedoch erstreckt sich die Hauptwelle
in horizontaler Richtung. Dementsprechend konnte diese konventionelle
gekapselte Motorpumpe wegen der horizontalen Wellenkonstruktion
das oben erwähnte
Problem nicht vollständig überwinden.
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Auch
ist die ungeprüfte
Japanische Patentveröffentlichung
Nr. 8-73398 auf eine gekapselte Motorpumpe vom Umwälz-Typ zum
Transportieren einer leicht polymerisierbaren Substanz unter einem
verringerten Druck gerichtet. Bei dieser gekapselten Motorpumpe
wird ein Teil der umgewälzten
Kühlflüssigkeit
durch eine Kammer geleitet, die ein Gas enthält, das Sauerstoff aufweist
und einen normalen Druck besitzt, und strömt dann in den Motorteil. Jedoch
weist diese gekapselte Motorpumpe eine in horizontaler Richtung
verlaufende Hauptwelle auf, und konnte dementsprechend das oben
erwähnte
Problem wegen der horizontalen Wellenkonstruktion nicht ausreichend überwinden.
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Die
Bildung von polymerisiertem Material in einer Transportpumpe oder
das Verstopfen oder Zusetzen in einem Umwälzrohr einer gekapselten Pumpe
vom Umwälz-Typ
kann nichtsdestotrotz nicht vermieden werden, wenn ein mit solchen
Transportpumpen versehenes chemisches Prozesssystem in der zuvor
erwähnten konventionellen
Weise über
eine lange Zeit betrieben wird, weil das zu transportierende Material
eine leicht polymerisierbare Verbindung ist, wie Methacrylsäure. Wenn
ein Zusetzen oder Verstopfen auftritt, ist es erforderlich, den
Betrieb des Systems zu unterbrechen, um das zur Verstopfung führende polymerisierte
Material chemisch oder manuell zu entfernen. In einem schlechteren
Fall ist ein Austausch der Pumpe notwendig.
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Die
DE-A-23 61 272 offenbart
eine Motorpumpe mit Gasdichtung. Die
DE-A-39 05 419 offenbart eine gekapselte Motorpumpe
vom Umwälz-Typ.
Das
US Patent Nummer 5,397,220 offenbart
eine gekapselte Motorpumpe, die zum Transportieren einer Flüssigkeit
geeignet ist, die zur Polymerisation neigt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Transportieren
einer leicht polymerisierbaren Substanz bereitzustellen, das frei
von den im Stand der Technik liegenden Problemen ist.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Transportieren einer
leicht polymerisierbaren Substanz im Anspruch 1 definiert.
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Die
Anordnung der den Impeller und den Rotor tragenden Hauptwelle in
vertikaler Richtung wird den Wirkungsgrad der Motorkühlung erhöhen, ohne
eine Polymerisation zu verursachen, was den verlängerten Betrieb des chemischen
Verarbeitungssystems sicherstellt, das eine leicht polymerisierbare
Verbindung verwendet.
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Andere
Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus
der nachfolgenden ausführlichen
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
ersichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein schematisches Schaubild, das ein chemisches Verarbeitungssystem
zur Verarbeitung einer leicht polymerisierbaren Substanz gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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2 ist
eine Schnittansicht einer gekapselten Motorpumpe vom Umwälz-Typ,
die als Transportpumpe des chemischen Verarbeitungssystems verwendet
wird; und
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3 ist
eine teilweise geschnittene Ansicht einer Pumpe vom Gasdichtungs-Typ,
nicht gemäß der vorliegenden
Erfindung, die als alternative Transportpumpe des chemischen Verarbeitungssystems
verwendet wird.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORM
DER ERFINDUNG
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Die
Erfinder dieser Erfindung haben im Trial-and-Error-Verfahren Versuche
gemacht, um eine Polymerisation von leicht polymerisierbaren Substanzen
an unerwünschten
Stellen einer Transportstrecke zu beseitigen, insbesondere an motorisierten
Transportpumpen, und haben gefunden, dass eine Polymerisation zuverlässig verhindert
werden kann, indem eine motorisierte Pumpe verwendet wird, deren
Hauptwelle sich in vertikaler Richtung erstreckt.
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Speziell
wird eine leicht polymerisierbare Substanz transportiert, indem
eine gekapselte Motorpumpe vom Umwälz-Typ verwendet wird, deren
Hauptwelle sich in vertikaler Richtung erstreckt. Das Umwälzrohr weist
einen horizontalen Teil auf, der kürzer als ein vertikaler Teil
ist.
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Bei
einer Anordnung, die nicht der vorliegenden Erfindung entspricht,
wird eine Motorpumpe vom Gasdichtungs-Typ verwendet, deren Hauptwelle
sich in vertikaler Richtung erstreckt, und die mit einer Gaskammer zwischen
einem Impeller- und einem Motorteil versehen ist. Bevorzugter ist
die Gaskammer mit einem Gas gefüllt,
das molekularen Sauerstoff enthält.
Es kann bevorzugter sein, dass die Kammer mit 0,01 bis 0,05 Volumen-Prozent
des Fassungsvermögens
der Pumpe mit dem Sauerstoff enthaltenden Gas gefüllt ist.
Beispiele der gemäß dem erfinderischen
Verfahren zu transportierenden leicht polymerisierbaren Substanz
sind Methacrylsäure
und ihre Ester, einschließlich
Methacrylate, wie Hydroxyethylmethacrylat, Hydroxypropylmethacrylat,
Glycydylmethacrylat, Methylmethacrylat, Butylmethacrylat, Ethylacrylat,
2-Ethylhexylacrylat, N,N-Dimethylaminoethylacrylat.
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Das
erfinderische Verfahren kann angepasst werden, um solche Verbindungen
alleine oder in Kombination zu transportieren, oder eine Flüssigkeit,
die solche Verbindungen alleine oder in Kombination enthält.
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Das
erfinderische Verfahren kann vorzugsweise beim Überführen einer leicht polymerisierbaren
Substanz, wie Methacrylsäure,
zur Produktion, Lagerung oder zum Transport verwendet werden. Insbesondere kann
das erfinderische Verfahren geeignet sein, um in einem tiefer liegenden
Teil eines Destillationsturms aufgefangene Flüssigkeit aus dem Destillationsturm
zu transportieren oder abzuziehen. Dies ist so, weil eine solche
Flüssigkeit
eine beträchtlich
höhere
Temperatur besitzt und daher dazu neigt, eine Polymerisation zu
verursachen.
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Als
nächstes
wird mit Bezugnahme auf die Zeichnungen eine Beschreibung von bevorzugten
Ausführungsformen
der Erfindung vorgenommen.
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Bezug
nehmend auf 1, die ein chemisches Verarbeitungssystem
zur Verarbeitung einer leicht polymerisierbaren Substanz zeigt,
sind dort ein Destillationsturm 1, ein Reboiler 2 und
eine Transportpumpe 3 mit einer sich in vertikaler Richtung
erstreckenden Hauptwelle und einem Impeller an einem unteren Ende
derselben vorgesehen. Material, das eine leicht polymerisierbare
Substanz enthält, wird
in den mit dem Reboiler 2 versehenen Destillationsturm 1 zugeführt und
dann darin destilliert. Eine leicht polymerisierbare Substanz in der
flüssigen
Phase wird in einem unteren Teil des Turms 1 aufgefangen
und wird mittels der Transportpumpe 3 aus dem Turm 1 zu
einer nächsten
Verarbeitungseinheit abgezogen.
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2 zeigt
eine spezielle Konstruktion einer gekapselten Motorpumpe 30 vom
Umwälz-Typ,
die als Transportpumpe 3 verwendet wird. Die gekapselte
Motorpumpe 30 vom Umwälz-Typ
schließt
einen Motorteil 30M und einen unterhalb des Motorteils 30M angeordneten
Pumpenteil 30P ein. Der Motorteil 30M ist mit
einer sich in vertikaler Richtung bis zum Pumpenteil 30P erstreckenden
Hauptwelle 31, einem auf einem mittleren Teil der Hauptwelle 31 montierten
Rotor 32 und einem um den Rotor 32 herum angeordneten
Stator 33 versehen. Der Rotor 32 und der Stator 33 bilden
einen Motor. Die mit dem Rotor 32 montierte Hauptwelle 31 wird
in vertikaler Richtung durch Lager 37 und 38 drehbar
gehalten.
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Der
Pumpenteil 30P ist mittels eines Gehäuses 34 konstruiert,
das einen Hauptkanal 35 begrenzt, durch den die leicht
polymerisierbare Substanz transportiert wird, sowie einen auf einem
unteren Ende der Hauptwelle 31 montierten Impeller 36.
Der Impeller 36 wird von der Hauptwelle 31 gedreht,
um der leicht polymerisierbaren Substanz eine Bewegungskraft zu
verleihen, so dass die leicht polymerisierbare Substanz in Richtung
des Pfeils strömt.
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Die
Motorpumpe 30 ist weiter mit einem Umwälzrohr 39 zum Umwälzen eines
Teils der gerade in den Motorteil 30M transportierten Flüssigkeit
versehen. Speziell ist ein Ende des Umwälzrohrs 39 mit dem
Hauptkanal 35 verbunden, während das andere Ende des Umwälzrohrs 39 mit
einem oberen Ende des Motorteils 30M verbunden ist. Ein
Teil der Flüssigkeit
wird aus dem Hauptkanal 35 zum oberen Ende des Motorteils 30M umgewälzt oder
verströmt
und innerhalb des Motorteils 30M verströmt oder versprüht.
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Anschließend strömt die Flüssigkeit
entlang der Hauptwelle 31 durch die Lager 37 und 38 nach
unten und strömt
dann in den Hauptkanal 35 zurück. Die umgewälzte Flüssigkeit
entfernt die durch die Drehung der Hauptwelle 31 um das
Lager 37 und 38 sowie den Rotor 32 erzeugte
Wärme und
hält den
Motorteil 30M folglich unterhalb von einer vorbestimmten
Temperatur.
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Bei
der gekapselten Motorpumpe 30 weist das Umwälzrohr 39 einen
horizontalen Teil 39H und einen vertikalen Teil 39V auf.
Der horizontale Teil 39H ist viel kürzer als der vertikale Teil 39V,
was die Wahrscheinlichkeit beseitigen kann, dass die umgewälzte leicht
polymerisierbare Substanz im Umwälzrohr 39 aufgrund des
möglichen
langsamen Strömens
im horizontalen Teil 39H polymerisiert.
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Bei
der gekapselten Motorpumpe 30 wird die umgewälzte Flüssigkeit
auch vom oberen Ende des Motorteils 30M aus nach unten
zugeführt.
Dementsprechend kommt die umgewälzte
Flüssigkeit
gleichförmig in
Kontakt mit der Hauptwelle 31, dem Rotor 32 und
den Lagern 37 und 38, wodurch die teilweise Abkühlung verhindert
wird, die in der konventionellen Pumpe mit einer horizontal angeordneten
Hauptwelle wahrscheinlich auftreten wird. Mit anderen Worten kann
eine Polymerisation im Motorteil bemerkenswert unterdrückt werden.
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3 zeigt
eine spezielle, nicht der vorliegenden Erfindung entsprechende Konstruktion
einer Motorpumpe 300 vom Gasdichtungs-Typ, die alternativ
als Transportpumpe 3 verwendet wird. Ähnlich wie die gekapselte Motorpumpe 30 vom
Umwälz-Typ
schließt
die Motorpumpe 300 vom Gasdichtungs-Typ einen Motorteil 300M und
einen unterhalb des Motorteils 30M angeordneten Pumpenteil 300P ein.
Der Motorteil 300M ist mit einer Hauptwelle 310 versehen,
die sich in vertikaler Richtung bis zum Pumpenteil 300P erstreckt.
Die Hauptwelle 310 ist auch mit einem Rotor (nicht dargestellt)
montiert. Die Hauptwelle 310 wird durch Lager 380 in
vertikaler Richtung drehbar gehalten. Der Pumpenteil 300P ist
mit einem Gehäuse 340 versehen,
das einen Hauptkanal 350 begrenzt, durch den die leicht
polymerisierbare Substanz transportiert wird, sowie einem Impeller 360,
der auf einem unteren Ende der Hauptwelle 310 montiert
ist, um die leicht polymerisierbare Substanz zu transportieren.
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Jedoch
ist die Motorpumpe 300 vom Gasdichtungs-Typ, die nicht
der vorliegenden Erfindung entspricht, nicht mit einem solchen Umwälzrohr versehen,
wie es bei der gekapselten Motorpumpe 30 vom Umwälz-Typ vorgesehen
ist. Mit anderen Worten ist die Motorpumpe 300 vom Gasdichtungs-Typ
nicht mit einer Umwälzleitung
versehen, um einen Teil der gerade von der Motorpumpe 300 transportierten
Flüssigkeit
umzuwälzen.
Bei dieser Pumpe 300 ist ein Wärmetauscher 390 mit
dem Motorteil 300M verbunden, um eine spezielle Flüssigkeit
in einer geschlossenen Schleife umzuwälzen, die vom Motorteil 300M und
vom Wärmetauscher 390 gebildet
wird, um den Motorteil 300M unterhalb von einer vorbestimmten
Temperatur zu halten. Dementsprechend besteht keine Wahrscheinlichkeit,
dass im Motorteil 300M eine Polymerisation stattfindet.
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Bei
der Motorpumpe 300 vom Gasdichtungs-Typ, die nicht der
vorliegenden Erfindung entspricht, ist auch eine Gaskammer 320 zwischen
dem Motorteil 300M und dem Pumpenteil 300P vorgesehen.
Die Gaskammer 320 ist vom Motorteil 300M durch
eine mechanische Dichtung 330 getrennt. Die Gaskammer 320 ist mit
einem Gas gefüllt,
das molekularen Sauerstoff enthält.
Es kann von Vorzug sein, im Verhältnis
zum Fassungsvermögen
der Pumpe 300 0,01 bis 0,05 Volumen-Prozent des Sauerstoff
enthaltenden Gases in der Gaskammer 320 einzufüllen.
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Bei
der Motorpumpe 300 vom Gasdichtungs-Typ, die nicht der
vorliegenden Erfindung entspricht, ist der Motorteil 300M,
der die Wärmeerzeugungsquelle
ist, im oberen Ende angeordnet, der Strömungskanal 350 für die leicht
polymerisierbare Substanz, der vor der Wärme bewahrt werden muss, ist
im unteren Ende angeordnet, und die Gaskammer 320, die
als Wärmeisolierung
dient, ist zwischen dem Motorteil 300M und dem Flüssigkeits-Strömungskanal 350 angeordnet.
Dementsprechend kann die im Motorteil 300M erzeugte Wärme sicher
daran gehindert werden, zum Flüssigkeits-Strömungskanal 350 übertragen
zu werden, wodurch verhindert wird, dass im Flüssigkeits-Strömungskanal 350 und
um den Impeller 360 herum eine Polymerisation stattfindet.
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Als
Nächstes
wird eine Beschreibung von Beispielen und Vergleichsbeispielen vorgenommen,
um die vorteilhaften Wirkungen des erfinderischen Verfahrens zu
bestätigen.
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Beispiel 1
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Destillierte
Acrylsäure-Flüssigkeit
mit der folgenden Zusammensetzung wurde aus einem Destillationsturm
unter Verwendung einer gekapselten Motorpumpe vom Umwälz-Typ abgezogen,
die eine vertikal angeordnete Hauptwelle und eine maximale Fördermenge
von 10 m
3/h, eine maximale Förderhöhe von 50
m und ein aus SUS316 hergestelltes Gehäuse aufweist, und die von Teikoku
Denki Seisakusho Kabushiki Kaisha unter den unten erwähnten Zuständen und
Bedingungen hergestellt wird.
| Zusammensetzung: | |
| | |
| Acrylsäure: | 5
Gew.-% |
| Acrylsäuredimer: | 30
Gew.-% |
| Maleinsäure: | 5
Gew.-% |
| Andere
Verunreinigungen: | 60
Gew.-% |
| Zustände: | |
| | |
| Flüssigkeitstemperatur: | 100°C |
| Flüssigkeitsdichte: | 1100
kg/m3 |
| Flüssigkeitsviskosität: | 0,05
Pa·s
(50 cP) |
| Pumpbedingung: | |
| | |
| Fördermenge: | 1,2
m3/h |
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Der
Abziehvorgang konnte ohne jegliche Schwierigkeiten drei aufeinander
folgende Monate lang durchgeführt
werden.
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Vergleichsbeispiel 1
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Der
Abziehvorgang wurde in derselben Weise wie im Beispiel 1 durchgeführt, außer unter
Verwendung einer gekapselten Motorpumpe vom Umwälz-Typ mit einer horizontal
angeordneten Hauptwelle.
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Nach
dem Verstreichen von fünf
Tagen nach dem Start des Abziehvorgangs wurde eine Polymerisation
in einem Bereich um die Lager der Motorpumpe herum beobachtet. Folglich
musste der Abziehvorgang zu diesem Zeitpunkt unterbrochen werden.
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Vergleichsbeispiel 2
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Destillierte
Acrylsäure-Flüssigkeit
mit der folgenden Zusammensetzung wurde aus einem Destillationsturm
unter Verwendung einer Motorpumpe vom Gasdichtungs-Typ abgezogen,
die eine vertikal angeordnete Hauptwelle und eine maximale Fördermenge
von 10 m
3/h, eine maximale Förderhöhe von 50
m und ein aus SUS316 hergestelltes Gehäuse aufweist, und die von Teikoku
Denki Seisakusho Kabushiki Kaisha unter den unten erwähnten Zuständen und
Bedingungen hergestellt wird.
| Zusammensetzung: | |
| | |
| Acrylsäure: | 5
Gew.-% |
| Acrylsäuredimer: | 30
Gew.-% |
| Maleinsäure: | 5
Gew.-% |
| Andere
Verunreinigungen: | 60
Gew.-% |
| Zustände: | |
| | |
| Flüssigkeitstemperatur: | 100°C |
| Flüssigkeitsdichte: | 1100
kg/m3 |
| Flüssigkeitsviskosität: | 0,05
Pa·s
(50 cP) |
| Pumpbedingung: | |
| | |
| Fördermenge: | 1,2
m3/h |
| | |
| Dichtungsgas: | |
| | |
| Zusammensetzung: | Stickstoff
(100 Vol.-%) |
| Gasströmungsmenge: | 30 × 10–6 Nm3/min. (30 Ncc/min.) |
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Der
Abziehvorgang konnte ohne jegliche Schwierigkeiten vier aufeinander
folgende Monate lang durchgeführt
werden.
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Vergleichsbeispiel 3
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Destillierte
Acrylsäure-Flüssigkeit
mit der folgenden Zusammensetzung wurde aus einem Destillationsturm
unter Verwendung einer Motorpumpe vom Gasdichtungs-Typ abgezogen,
die eine vertikal angeordnete Hauptwelle und eine maximale Fördermenge
von 10 m
3/h, eine maximale Förderhöhe von 50
m und ein aus SUS316 hergestelltes Gehäuse aufweist, und die von Teikoku
Denki Seisakusho Kabushiki Kaisha unter den unten erwähnten Zuständen und
Bedingungen hergestellt wird.
| Zusammensetzung: | |
| | |
| Acrylsäure: | 5Gew.-% |
| Acrylsäuredimer: | 30Gew.-% |
| Maleinsäure: | 5Gew.-% |
| Andere
Verunreinigungen: | 60Gew.-% |
| Zustände: | |
| | |
| Flüssigkeitstemperatur: | 100°C |
| Flüssigkeitsdichte: | 1100
kg/m3 |
| Flüssigkeitsviskosität: | 0,05
Pa·s
(50 cP) |
| Pumpbedingung: | |
| | |
| Fördermenge: | 1,2
m3/h |
| Dichtungsgas: | |
| | |
| Zusammensetzung: | Stickstoff
(80 Vol.-%) Sauerstoff (20 Vol.-%) |
| Gasströmungsmenge: | 30 × 10–6 Nm3/min. (30 Ncc/min.) |
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Der
Abziehvorgang konnte ohne jegliche Schwierigkeiten sechs aufeinander
folgende Monate lang durchgeführt
werden. Innerhalb der Pumpe wurde keine Polymerisation gefunden.
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Diese
Anmeldung basiert auf der in
Japan
eingereichten Patentanmeldung Nr. 11-289324 , deren Inhalt hier
durch Bezugnahme eingeschlossen wird.